Tài liệu Mô phỏng chế độ thủy động lực học và sự thay đổi hình thái khu vực cửa sông gành hào, cà mau

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN TRUNG QUÂN C C MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC R L T. VÀ SỰ THAY ĐỔI HÌNH THÁI KHU VỰC DU CỬA SÔNG GÀNH HÀO, CÀ MAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN TRUNG QUÂN MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC C C VÀ SỰ THAY ĐỔI HÌNH THÁI KHU VỰC R L T. CỬA SÔNG GÀNH HÀO, CÀ MAU DU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 8580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. VÕ NGỌC DƯƠNG GS.TS. LÊ MẠNH HÙNG Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả tính toán đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Trung Quân C C DU R L T. LỜI CẢM ƠN Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng và các bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ: “Mô phỏng chế độ thủy động lực học và sự thay đổi hình thái khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau” đã được tác giả hoàn thành. Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGSTS Võ Ngọc Dương và GS-TS Lê Mạnh Hùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện của trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng đã giảng dạy và tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đòng góp và trao đổi chân thành, giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! R L T. C C DU MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................................3 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................3 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................3 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................3 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .............................................................3 7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN .......................................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................................5 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN ......................................................................................5 1.1.1. Vị trí địa lý.....................................................................................................5 C C 1.1.2. Đặc điểm địa hình ..........................................................................................5 R L T. 1.1.3. Đặc điểm khí tượng .......................................................................................6 1.1.3.1. Chế độ gió...............................................................................................6 DU 1.1.3.2. Chế độ mưa .............................................................................................6 1.1.3.3. Bốc hơi ...................................................................................................7 1.1.3.4. Chế độ nhiệt ............................................................................................7 1.1.3.5. Chế độ nắng ............................................................................................7 1.1.3.6. Độ ẩm .....................................................................................................7 1.1.4. Đặc điểm thủy văn, bùn cát ...........................................................................8 1.1.4.1. Chế độ thủy triều ....................................................................................8 1.1.4.2. Đặc trưng chế độ thủy văn, thủy lực ......................................................9 1.1.4.3. Đặc trưng chế độ bùn cát ......................................................................10 1.1.4.4. Tài liệu khảo sát thủy văn, bùn cát bổ sung .........................................10 1.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI ......................................................................13 1.2.1. Dân số ..........................................................................................................13 1.2.2. Kinh tế - xã hội ............................................................................................14 1.3. CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC VÀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY .........15 1.3.1. Các nghiên cứu về chế độ dòng hoàn lưu trên biển Đông...........................15 1.3.1.1. Các nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc hải văn ...............................15 1.3.1.2. Các nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc từ vệ tinh............................17 1.3.1.3. Các nghiên cứu sử dụng công cụ mô hình toán....................................17 1.3.1.4. Nhận xét đánh giá .................................................................................17 1.3.2. Chế độ thủy động lực Đồng bằng sông Cửu Long [1] ................................18 1.3.3. Xu hướng vận chuyển bùn cát [2] ...............................................................19 1.3.4. Chế độ thủy động lực vùng nghiên cứu (ven biển Cà Mau) .......................20 1.3.5. Chế độ sóng biển vùng cửa sông Gành Hào ...............................................21 1.4. HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .....................................22 1.4.1. Đặc điểm sông, rạch khu vực ......................................................................22 1.4.2. Một số khu vực sạt lở bờ sông, rạnh nghiêm trọng .....................................23 1.4.3. Nhận định diễn biến sạt lở bờ sông Gành Hào ............................................24 CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................26 MÔ HÌNH TOÁN THỦY ĐỘNG LỰC HAI CHIỀU NGANG ...................................26 2.1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÔ HÌNH TOÁN..................................................26 2.2. CÁC LOẠI MÔ HÌNH THỦY LỰC HIỆN CÓ ................................................26 2.2.1. Bộ chương trình VRSAP .............................................................................26 C C 2.2.2. Mô hình HEC-RAS .....................................................................................27 R L T. 2.2.3. Mô hình KOD01 ..........................................................................................27 2.2.4. Mô hình TL1, TL2 .......................................................................................27 DU 2.2.5. Bộ mô hình MIKE .......................................................................................27 2.2.5.1. Mô hình thủy văn NAM .......................................................................28 2.2.5.2. Mô hình 1 chiều MIKE 11 ...................................................................28 2.2.5.3. Mô hình 2 chiều MIKE 21 ...................................................................29 2.3. SO SÁNH LỰA CHỌN MÔ HÌNH THỦY LỰC .............................................30 2.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 2 CHIỀU MIKE 21 FM ...............................30 2.4.1. Cơ sở toán học .........................................................................................30 2.4.2. Phương pháp số ...........................................................................................34 CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................38 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC KHU VỰC CỬA SÔNG GÀNH HÀO, CÀ MAU ..................................................................38 3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC ..................................................38 3.1.1. Tài liệu sử dụng ...........................................................................................39 3.1.1.1. Tài liệu địa hình ....................................................................................39 3.1.1.2. Mực nước triều .....................................................................................41 3.1.1.3. Số liệu sóng ..........................................................................................43 3.1.1.4. Số liệu thủy văn ....................................................................................43 3.1.1.5. Số liệu trường gió, áp suất nền .............................................................44 3.1.1.6. Số liệu bùn cát ......................................................................................44 3.2. HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH ...........................................................45 3.2.1. Cơ sở hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ......................................................46 3.2.1.1. Phương pháp .........................................................................................46 3.2.1.2. Cơ sở xây dựng .....................................................................................46 3.2.2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô phỏng mực nước tổng hợp ...............47 3.2.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô phỏng dòng chảy (lưu lượng các cửa sông, dòng chảy tổng hợp) ....................................................................................48 3.2.4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô phỏng vận chuyển bùn cát................49 3.2.5. Nhận xét, đánh giá .......................................................................................50 3.3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN .............................................................................50 3.3.1. Đánh giá chế độ thủy động lực khu vực ......................................................50 3.3.2. Chế độ sóng .................................................................................................53 3.3.3. Kết quả diễn biến hình thái cho một năm khí hậu .......................................54 C C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................56 R L T. I. KẾT LUẬN ............................................................................................................56 II. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................58 DU MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÀ SỰ THAY ĐỔI HÌNH THÁI KHU VỰC CỬA SÔNG GÀNH HÀO, CÀ MAU Học viên: Nguyễn Trung Quân Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy Mã số: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Khóa: 37 Tóm tắt: Hiện trạng sạt lở khu vực đồng bằng sông Cửu Long đang diễn ra rất nghiêm trọng trong những năm gần đây, dưới tác động của suy giảm dòng chảy thượng nguồn, hàm lượng phù sa thay đổi, kết hợp với sự phát triển cơ sở hạ tầng... dẫn tới tốc độ sạt lở ngày càng nhanh và phức tạp hơn. Một trong những khu vực trọng điểm gây xói lở mạnh cũng như gây ra những khó khăn trong việc xử lý là cửa Gành Hào, Cà Mau. Cần thiết phải nghiên cứu, đánh giá các tác động của dòng chảy cũng như chế độ thủy động lực học sông, biển; dòng bùn cát nhằm đề xuất những giải pháp ứng phó là cần thiết. Việc nghiên cứu đánh giá chế độ thủy động lực biển và sự thay đổi hình thái đường bờ sử dụng mô hình Mike 21 FM cơ bản đã mô phỏng được chế độ thủy thạch động lực và diễn biến đường bờ phù hợp với một số thời điểm hiệu chỉnh và kiểm định mô hình (năm 2014 và năm 2017). Đề tài cũng đã đánh giá được diễn biến hình thái cho 1 năm khí hậu điển hình; chế độ sóng và chế độ thủy động lực khu vực cửa sông Gành Hào. Bộ thông số và kết quả mô hình là dữ liệu quan trọng trong việc đánh giá tác động và đề xuất các giải pháp cần thiết nhằm tăng cường khả năng chống chịu dưới những tác động của thiên tai và BĐKH. C C R L T. DU Từ khóa: Thiên tai, biến đổi khí hậu, thủy động lực, mô hình, dòng chảy. Abstract: The current situation of landslide in the Mekong Delta is taking place very seriously in recent years, under the impact of the decline in upstream flows, the sediment content changes, combined with the development of infrastructure. floors ... leading to faster and more complicated landslides. One of the key areas causing strong erosion as well as causing difficulties in handling is Ganh Hao, Ca Mau. It is necessary to study and evaluate the impacts of flow as well as the hydrodynamic regime of rivers and seas; Sediment flow to propose coping solutions is necessary. The study and evaluation of the marine hydrodynamic regime and shoreline morphology using the basic Mike 21 FM model simulated the hydrodynamic regime and shoreline changes in accordance with some time difference. model adjustment and testing (2014 and 2017). The thesis also assessed the morphological changes for a typical climate year; wave regime and hydrodynamic regime in Ganh Hao estuary area. Model parameters and results are important data in impact assessment and propose necessary solutions to increase resilience under the impacts of natural disasters and climate change. Key words: Natural disasters, climate change, hydrodynamics, patterns, flows. DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân bố gió mùa hàng năm ............................................................................6 Bảng 1.2: Độ ẩm trung bình tháng, năm tỉnh Cà Mau ....................................................7 Bảng 1.3: Đặc trưng thủy triều tại các trạm Gành Hào, Năm Căn .................................9 Bảng 1.4: Thống kê các khu vực sạt lở bờ hệ thống sông, rạch trên địa bàn tỉnh Bạc Liêu .......................................................................................................................................23 Bảng 3.1: Chỉ tiêu đánh giá mô hình (Wang và đồng nghiệp, 2012) ...........................47 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá hệ số Nash và hệ số tương quan mực nước (7/2014) .......47 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá hệ số Nash và hệ số tương quan mực nước (2/2007) .......48 Bảng 3.4. Kết quả đánh giá hệ số Nash và hệ số tương quan vận tốc (6/2017) ...........49 Bảng 3.5. Kết quả đánh giá hệ số Nash và hệ số tương quan nồng độ bùn cát (6/2017) .......................................................................................................................................50 C C DU R L T. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Hiện trạng sạt lở ở đồng bằng Sông Cửu Long (nguồn dangcongsan.vn) ........1 Hình 2: Sạt lở nghiêm trọng tuyến đường trên Quốc lộ 91 đoạn đi qua xã Bình Mỹ, An Giang. Ảnh: TTXVN .......................................................................................................1 Hình 3. Hiện trạng sạt lở đê sông Gành Hào, Cà Mau (Báo Cà Mau online) ................2 Hình 4. Hiện trạng sạt lở đê biển Gành Hào, Cà Mau (nguồn Huỳnh Sử/TTXVN) ......2 Hình 1.1: Vị trí địa lý sông Gành Hào ............................................................................5 Hình 1.2: Đường quá trình mực nước thực đo -trạm Gành Hào ..................................11 Hình 1.3: Đường quá trình lưu lượng trạm Gành Hào .................................................12 Hình 1.4: Đường quá trình lưu tốc Vtb, Vmax trạm Gành Hào ...................................12 Hình 1.5: Đường quá trình hàm lượng bùn cát lơ lửng thực đo ...................................13 Hình 1.6. Phân bố độ mặn bề mặt biển Đông, các mũi tên biểu thị hướng của dòng hải lưu: hình trái ứng với tháng 8, bên phải ứng với tháng 2 (Nguồn: Tomczak và Godfrey, 1994) ..............................................................................................................................16 C C R L T. Hình 1.7. Phân bố trường dòng chảy lớp mặt ở biển Đông vào mùa đông (trái) và mùa hè (phải), Aw, Bw, Bs, và Cs biểu thị các dòng xoáy (Nguồn: Xu và nnk, 1982). ......17 DU Hình 1.8: Xu thế tích tụ trầm tích và vận chuyển trầm tích .........................................19 Hình 1.9: Hoa sóng tại vùng sát đường bờ biển tỉnh Cà Mau ......................................22 Hình 1.10: Khu vực sạt lở bờ sông Gành Hào, xảy ra ngày 24/6/2013........................23 Hình 1.11: Khu vực sạt lở bờ cửa sông Gành Hào, huyện Đầm Dơi ảnh chụp tháng 01/2017 ..........................................................................................................................24 Hình 2.1. Sơ đồ mưa - dòng chảy .................................................................................28 Hình 2.2: Miền lưới mô phỏng trong Mike 21 FM ......................................................30 Hình 3.1: Phần vùng nghiên cứu mô hình ....................................................................38 Hình 3-2: Địa hình biển Đông ......................................................................................40 Hình 3.3. Địa hình vùng nghiên cứu chi tiết Gành Hào ...............................................40 Hình 3.4. Vị trí các trạm đo mực nước quốc gia ven biển Đồng bằng sông cửu long .41 Hình 3-5. Vị trí các điểm tính tần suất thủy triều theo Đinh Văn Mạnh và nnk (2010) .......................................................................................................................................42 Hình 3-6. Đường tần suất mực nước triều tại điểm 101 (Vĩnh Hậu, Vĩnh Lợi, Bạc Liêu) và điểm 105 (Tân Tiến, Đầm Dơi, Cà Mau) (theo Đinh Văn Mạnh và nnk, 2010) ......43 Hình 3.7: Biên trường gió, áp suất nền .........................................................................44 Hình 3.8. Đường quá trình hàm lượng bùn cát theo thời gian tại các trạm khảo sát trong đề tài này........................................................................................................................44 Hình 3.9. Vị trí lấy mẫu bùn cát đáy (D50) tại khu vực trọng điểm Gành Hào ...........45 Hình 3.10: Sơ đồ hiệu chỉnh mô hình thủy động lực HD .............................................46 Hình 3.11. So sánh mực nước tính và mực nước thực đo tại trạm Gành Hào ..............47 Hình 3.12. So sánh mực nước mô phỏng và thực đo trạm Gành Hào năm 2007 .........48 Hình 3.13. So sánh Q mô phỏng và thực đo tại trạm Gành Hào .................................48 Hình 3.14. So sánh vận tốc tính toán và thực đo tại trạm Gành Hào ..........................48 Hình 3.15. So sánh nồng độ bùn cát mô phỏng và thực đo tại trạm Gành Hào ..........49 Hình 3.16. Phân bố trường lưu tốc khu vực sông Gành Hào thời điểm triều lên mùa lũ (21h 4/11/2009) .............................................................................................................51 Hình 3.17. Phân bố trường lưu tốc khu vực sông Gành Hào thời điểm triều rút mùa lũ (9h 4/11/2009) ...............................................................................................................52 Hình 3.18. Phân bố trường sóng vùng nghiên cứu chi tiết sông Gành Hào đặc trưng cho mùa gió Tây Nam ( trái) và mùa gió Đông Bắc (phải) (phía dưới lần lượt là các biểu đồ chiều cao sóng có nghĩa tại các vị trí P1 có thể hiện thời điểm trích xuất trường sóng tương ứng ở trên) ...........................................................................................................53 Hình 3.19. Hoa gió tại vị trí P1 .....................................................................................53 C C Hình 3.20. Phân bố xói bồi vùng nghiên cứu chi tiết sông Gành Hào tại các thời điểm cuối tháng 8, cuối tháng 10 ( thời kỳ gió mùa Tây Nam) .............................................54 R L T. Hình 3.21. Phân bố xói bồi vùng nghiên cứu chi tiết sông Gành Hào tại các thời điểm cuối tháng 1, giữa tháng 4 ( thời kỳ gió mùa Đông Nam) .............................................55 DU 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có bờ biển dài, nhiều sông, là tiềm năng, lợi thế lớn để phát triển kinh tế (Berg 2002; Tong 2017). Tuy nhiên, vấn đề sạt lở bờ biển Đồng bằng sông Cửu Long trong những năm qua đã trở thành đề tài nóng hổi và được sự quan tâm đặc biệt của các cấp lãnh đạo cũng như các nhà khoa học trong và ngoài nước (Anthony et al. 2015; Hung et al. 2014). C C R L T. DU Hình 1: Hiện trạng sạt lở ở đồng bằng Sông Cửu Long (nguồn dangcongsan.vn) Hình 2: Sạt lở nghiêm trọng tuyến đường trên Quốc lộ 91 đoạn đi qua xã Bình Mỹ, An Giang. Ảnh: TTXVN 2 Hiện trạng sạt lở đồng bằng sông Cửu Long hiện đang rất nghiêm trọng, trong những năm gần đây, dưới tác động của suy giảm dòng chảy thượng nguồn, hàm lượng phù sa thay đổi, kết hợp với sự phát triển cơ sở hạ tầng... dẫn tới tốc độ sạt lở ngày càng nhanh và phức tạp hơn. Thống kê năm 2010, Đồng bằng sông Cửu Long chỉ có 99 điểm xói lở và sạt lở; đến năm 2019 con số này đã lên đến 681 điểm, tăng gấp 7 lần. Trong đó, từ cuối năm 2018 đến đầu năm 2019, tỉnh An Giang xuất hiện 78 điểm sạt lở với trên 91,2 km bờ sông và tỉnh Đồng Tháp xuất hiện 52 điểm sạt lở dọc sông Tiền, sông Hậu, với tổng chiều dài và diện tích sạt lở là 28,5 km và 17,98 ha. Các điểm sạt lở này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của người dân, gây cản trở giao thông cũng như phát triển kinh tế xã hội của địa phương. C C R L T. DU Hình 3. Hiện trạng sạt lở đê sông Gành Hào, Cà Mau (Báo Cà Mau online) Hình 4. Hiện trạng sạt lở đê biển Gành Hào, Cà Mau (nguồn Huỳnh Sử/TTXVN) 3 Một trong những khu vực trọng điểm gây xói lở mạnh cũng như gây ra những khó khăn trong việc xử lý là cửa Gành Hào, Cà Mau. Tại đây xói lở bờ biển diễn biến ngày một phức tạp, gây ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống nhân dân cũng như tác động đến sự phát triển kinh tế xã hội của các địa phương ven biển. Trước đây dưới tác động của chế độ thủy thạch động lực biển Đông, kè chống sạt lở bờ trái cửa Gành Hào đã bị hư hỏng nghiêm trọng. Những diễn biến này càng phức tạp của biến đổi khí hậu, nước biển dâng, lún sụt đất….tạo ra những nguy cơ bất ổn cho khu vực (Trần et al. 2016). Để có cái nhìn tổng thể đến chi tiết chế độ thủy thạch động lực học khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau và xác định nguyên nhân, cơ chế xói lở khu vực này từ đó giúp cho việc đưa ra các giải pháp tổng thể chống xói lở phù hợp cho khu vực. Bên cạnh đó, đề tài xác định các thông số thủy động lực cực đoan làm tài liệu tham khảo thêm trong quá trình thiết kế công trình ở khu vực này. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Phân tích chế độ thủy động lực học khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau; C C - Đánh giá diễn biến hình thái khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau. R L T. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Chế độ thủy động lực học khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau và vùng lân cận. DU 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Xây dựng mô hình thủy lực 2 chiều ngang khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau; - Áp dụng mô hình thủy lực 2 chiều ngang mô phỏng chế độ thủy động lực học khu vực Gành Hào, Cà Mau trong các điều kiện cực đoan; - Đánh giá diễn biến hình thái khu vực Gành Hào, Cà Mau. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài sẽ sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích tài liệu; - Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan; - Phương pháp mô hình hóa; - Phương pháp nghiên cứu trường hợp điển hình; - Phương pháp thống kê khách quan . 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Cung cấp cho các cơ quan chức năng những thông tin hữu ích về chế độ thủy động lực học và diễn biến hình thái khu vực cửa sông Gành Hào; 4 - Căn cứ để cơ quan chức năng bố trí quy hoạch dân cư cũng như các giải pháp cho khu vực hợp lý. 7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Cấu trúc luận văn gồm 3 phần: Mở đầu, 3 chương và phần kết luận & kiến nghị. Mở đầu Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.2. Kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 1.3. Chế độ thủy động lực khu vực và các nghiên cứu trước đây 1.4 Hiện trạng dữ liệu khu vực nghiên cứu Chương 2 : Mô hình toán thủy động lực hai chiều ngang C C 2.1. Lý thuyết chung về mô hình toán 2.2. Các loại mô hình thủy lực hiện có R L T. 2.3. So sánh lựa chọn mô hình thủy lực phù hợp DU Chương 3: Ứng dụng mô hình toán mô phỏng chế độ thủy động lực học khu vực cửa sông Gành Hào, Cà Mau 3.1. Xây dựng mô hình thủy động lực 3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 3.3 Áp dụng mô hình toán Kết luận và kiến nghị 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN 1.1.1. Vị trí địa lý Sông Gành Hào là tên gọi một con sông chảy qua hai tỉnh Cà Mau và Bạc Liêu Bắt đầu từ thành phố Cà Mau bởi dòng nước từ các kênh Phụng Hiệp, kênh xáng Cà MauBạc Liêu và sông Giống Kè hợp lưu. Sông Gành Hào đổ về hướng nam, đến ngã ba ranh giới giữa thành phố Cà Mau, huyện Đầm Dơi và huyện Cái Nước sông đổi sang hướng đông làm thành ranh giới tự nhiên giữa hai huyện Đầm Dơi và Đông Hải (Bạc Liêu) và đổ ra Biển Đông tại cửa Gành Hào. (Hình 1.1) C C R L T. DU Hình 1.1: Vị trí địa lý sông Gành Hào (nguồn Google) Tại địa phận thành phố Cà Mau, sông sâu chừng 4m-5m, rộng chừng 100m. Càng đi về phía biển sông càng rộng và sâu, đến cửa Gành Hào sông rộng chừng 300m và sâu khoảng 19m. Toàn bộ chiều dài 55 km. Với những đặc điểm này, sông Gành Hào là một trong những đầu mối giao thông của Cà Mau và một phần Bạc Liêu, là nơi tập trung đi lại của các phương tiện đường thủy cùng với các chợ nổi trên sông. 1.1.2. Đặc điểm địa hình Sông Gành Hào thuộc vùng giáp ranh giữa địa phận 2 tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau, có đặc điểm địa hình chung từng khu vực như sau: - Bạc Liêu có địa hình tương đối bằng phẳng, chủ yếu nằm ở độ cao trên dưới 1,2 m so với mặt biển, còn lại là những giồng cát và một số khu vực trũng ngập nước quanh 6 năm. Địa hình có xu hướng dốc từ bờ biển vào nội đồng, từ Đông Bắc xuống Tây Nam, với chiều dài bờ biển 56 km. Trên địa bàn tỉnh Bạc Liêu chỉ có hai con sông tự nhiên nằm ở phía bắc và phía nam, còn lại trên địa bàn tỉnh là các kênh đào. - Cà Mau là vùng đồng bằng, có nhiều sông rạch, có địa hình thấp, bằng phẳng và thường xuyên bị ngập nước. Độ cao bình quân 0,5 m đến 1,5 m so với mặt nước biển. Hướng địa hình nghiêng dần từ bắc xuống nam, từ đông bắc xuống tây nam. 1.1.3. Đặc điểm khí tượng 1.1.3.1. Chế độ gió Hàng năm vùng nghiên cứu có hai mùa gió chính: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. - Gió mùa Đông Bắc thường bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, với hướng gió chủ đạo là Đông Bắc, Đông và Đông Nam, trong đó hướng gió Đông và Đông Bắc là chủ yếu. Vận tốc gió trung bình đạt khoảng 8-10 m/s, cao nhất là từ 12- 14 m/s. Với tần suất xuất hiện và tốc độ gió lớn hơn nhiều so với gió mùa Tây Nam. C C R L T. - Gió mùa Tây Nam thường bắt đầu từ tháng 5 và kéo dài đến hết tháng 9, với hướng gió thịnh hành là Tây Nam, Tây Tây Nam và Tây, trong đó hướng gió Tây Nam chiếm tới 80%. Vận tốc gió trung bình theo hướng này từ 4-6 m/s, tốc độ lớn nhất vào khoảng 8-10 m/s. DU Bảng 1.1: Phân bố gió mùa hàng năm Chuyển tiếp Mùa khô I II III Gió mùa Đông Bắc (gió chướng) IV Chuyển tiếp Mùa mưa V VI VII VIII Gió mùa Tây Nam Mùa khô IX X XI XII Gió mùa Đông Bắc 1.1.3.2. Chế độ mưa - Mưa là nhân tố khí hậu phân bố theo mùa rõ rệt nhất và là yếu tố khí tượng thủy văn tác động mạnh nhất đối với sản xuất. Hàng năm, mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào khoảng tháng 10; tháng 11 đến tháng 4 năm sau là mùa khô. - Trong năm, lượng mưa phân bố không đồng đều. Mùa mưa trùng với mùa gió Tây Nam. Lượng mưa mùa mưa chiếm từ 86 đến 90% lượng mưa năm và khá ổn định qua các năm (hệ số Cv nhỏ). - Lượng mưa trung bình năm ở khu vực tỉnh Bạc Liêu-Cà Mau khoảng 2360 mm. Tháng có lượng mưa cao nhất trong năm thường từ tháng VIII đến tháng X. - Số ngày mưa trung bình trong năm khoảng 107 ngày, chiếm 35% số ngày trong năm. Các trận mưa liên tục lớn hơn 300 mm không nhiều. Trong mùa mưa, xen kẽ có 7 những ngày không mưa, hoặc có mưa nhưng lượng mưa nhỏ hơn 5 mm. Những ngày ít mưa kéo dài liên tục 5 ngày trở lên hoặc liên tục 5 ngày liền nhưng lượng mưa nhỏ hơn 25 mm thì được gọi là những đợt ít mưa (hạn khí tượng). - Mùa khô gắn liền với mùa gió mùa Đông Bắc độ ẩm thấp. Lượng mưa mùa khô chỉ chiếm từ 10% đến 14% tổng lượng mưa cả năm và có sự biến động khá lớn qua các năm. 1.1.3.3. Bốc hơi Vùng nghiên cứu (Bạc Liêu- Cà Mau) là nơi quanh năm nền nhiệt độ cao, nên lượng bốc hơi hàng năm khá lớn khoảng 1022 mm. Trong năm lượng bốc hơi lớn nhất thường xảy ra vào tháng III (140 – 160 mm). Mùa mưa, lượng bốc hơi giảm nhiều, nhất là tháng X (60 – 70 mm). 1.1.3.4. Chế độ nhiệt Chế độ nhiệt vùng Bạc Liêu -Cà Mau có nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 26,5 C, nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm là vào tháng IV khoảng 27,60C, nhiệt độ trung bình thấp nhất vào tháng I khoảng 250C. Biên độ nhiệt độ trung bình trong 1 năm là 2,70C. Tuy nhiên do tính chất biến động của khí hậu, nên trong từng năm cụ thể có sự xê dịch của tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất. C C 0 R L T. DU 1.1.3.5. Chế độ nắng Hàng năm vùng nghiên cứu có thời kỳ dài 6 - 7 tháng mùa khô ít mây nên rất dồi dào về ánh sáng. Số giờ nắng trung bình khá cao, thời gian nắng trung bình 2.200 giờ/năm. Từ tháng XII đến tháng IV, số giờ nắng trung bình 7,6 giờ/ ngày; từ tháng V đến tháng XI, trung bình 5,1 giờ/ ngày. Lượng bức xạ trực tiếp cao, với tổng nhiệt khoảng 9.500 đến 10.0000C. 1.1.3.6. Độ ẩm Độ ẩm quan hệ mật thiết với chế độ mưa và chế độ gió mùa khu vực. Độ ẩm biến đổi theo mùa rõ rệt. Độ ẩm tương đối trung bình cao hàng năm vào khoảng từ 82,2 – 87,5%. Tháng IX, X độ ẩm tương đối trung bình cao nhất vào khoảng 86,0 -89,0%. Tháng I và II độ ẩm tương đối trung bình thấp nhất vào khoảng 75,6 – 83,2%. Bảng 1 2 thống kê độ ẩm trung bình các tháng và trung bình năm tỉnh Cà Mau. Bảng 1.2: Độ ẩm trung bình tháng, năm tỉnh Cà Mau Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 83,2 81,1 86,0 81,1 86,9 88,3 88,2 88,2 88,9 89,3 87,4 85,0 85,7 8 1.1.4. Đặc điểm thủy văn, bùn cát 1.1.4.1. Chế độ thủy triều Khu vực sông Gành Hào chịu tác động của chế độ bán nhật triều không đều biển Đông. - Triều biển Đông có biên độ triều lớn (300cm-350cm), biên độ dao động mực nước chân triều lớn (160-300 cm), biên độ dao động mực nước đỉnh triều nhỏ hơn (80-100cm), khoảng thời gian duy trì mực nước cao dài hơn khoảng thời gian duy trì mực nước thấp và đường mực nước bình quân ngày nằm gần với đường mực nước đỉnh triều; - Triều có đặc điểm là biên độ tăng dần, song thời gian xuất hiện đỉnh và chân triều chậm dần. Chính vì thế, các pha truyền triều vào các nhánh sông phía Bắc sớm hơn những nhánh sông phía Nam. Mặt khác, trong vùng biển này thủy triều có dạng bán nhật triều không đều (hai lần lên, hai lần xuống trong ngày), mực nước của hai đỉnh và hai chân không bằng nhau; - Chu kỳ triều ngày: Trong một ngày có hai dao động, biến thiên với chu kỳ 24 giờ 50’. Thời gian nước lên và xuống bằng nhau và bằng 12 giờ 25’; C C R L T. - Chu kỳ triều nửa tháng: Trong một chu kỳ triều nửa tháng có một kỳ triều cường và một kỳ triều kém. Ngày triều cường nhất (đỉnh đạt cao nhất, chân đạt thấp nhất) xuất hiện vào thời kỳ không trăng hoặc trăng tròn. Ngày triều kém nhất (biên độ triều nhỏ nhất) xuất hiện vào những ngày thượng hoặc hạ huyền (khoảng 7 và 23 âm lịch). Trong chu kỳ triều nửa tháng đỉnh triều cao và chân triều cao biến động tương đối nhỏ; còn đỉnh triều thấp và chân triều thấp biến đổi lớn hơn (chân triều thấp có thể dao động lớn hơn 2m). Trong kỳ triều cường, hai đỉnh chênh lệch nhau nhỏ nhưng hai chân chênh lệch nhau cực đại. Ngược lại, trong kỳ triều kém hai đỉnh chênh lệch nhau đạt cực đại, hai chân triều chênh lệch đạt cực tiểu; DU - Chu kỳ tháng: trong mỗi tháng âm lịch có hai kỳ triều cường và hai kỳ triều kém; - Chu kỳ nhiều năm: thủy triều có một chu kỳ dài là 18,6 năm, nhưng độ chênh lệch thủy triều này tương đối nhỏ. + Mực nước cao nhất theo chu kỳ đường bao đỉnh triều trong tháng lên cao trong những ngày sóc vọng (trăng tròn hoặc không trăng) gọi là triều cường và xuống thấp trong những ngày hạ huyền (triều kém) tạo thành 24,5 chu kỳ trong năm với biên độ 0,5m-1,0m. Trong năm lên cao vào tháng 11, 12 và xuống thấp vào tháng 6, 7 với chênh lệch khoảng 0,5m. + Mực nước thấp nhất theo chu kỳ đường bao chân trong tháng xuống thấp vào các ngày sóc vọng. Biên độ dao động của chân triều 0,5-2,0m. Trong năm xuống thấp nhất vào các tháng 6, 7 và tháng 12, 1 và lên cao vào các tháng 3, 4, 9, 10, chênh lệch nhau khoảng 0,5-2m. 9 + Mực nước trung bình gần mực nước cao nhất hơn vì chênh lệch hai chân lớn, 2 đỉnh nhỏ nên số giờ mực nước cao nhiều hơn. Trong tháng mực nước trung bình lên xuống theo chu kỳ của chân triều với biên độ giao động khoảng 0,2m- 0,5m. Trong năm, mực nước trung bình theo xu thế của mực nước cao nhất, xuống thấp nhất vào các tháng 6, 7 và lên cao nhất vào tháng 11, 12, chênh nhau khoảng 0,5m. + Mực nước trung bình: Mực nước trung bình có giá trị trong khoảng từ -12 11cm. Mực nước trung bình năm có giá trị cao vào các tháng cuối mùa mưa và đầu mùa khô (từ tháng 10 năm trước tới tháng 1 năm sau). Thời kỳ này dọc theo bờ biển chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hiệu ứng nước dâng do gió mùa Đông Bắc gây ra nên mực nước trung bình có giá trị khá lớn. Tháng 11 có giá trị mực nước trung bình cao nhất là 11cm, giá trị cực tiểu trung bình cả năm là -14cm. Các tháng mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 9) có mực nước trung bình khá thấp, tháng 7 có giá trị trung bình mực nước thấp nhất là -35cm, trong tháng này mực nước trung bình dao động từ 18 đến -35cm. C C - Mực nước cực đại: Giá trị mực nước cực đại trong năm đạt 112 - 155cm. Tháng 9 có mực nước cực đại lớn nhất là 155cm, mực nước cực đại trung bình là 118cm. Mực nước cực đại các tháng trong năm tập trung khoảng từ tháng 9 đến tháng 12; R L T. DU - Mực nước cực tiểu: Các tháng gió mùa Tây Nam có mực nước cực tiểu thấp nhất. Giá trị mực nước cực tiểu thấp nhất cả năm là -309 cm và giá trị trung bình là -246 cm. Bảng 1.3: Đặc trưng thủy triều tại các trạm Gành Hào, Năm Căn Giai đoạn Zmin (cm) Zmax (cm) ΔHmax (cm) Gành Hào 1997-2001 -245 202 402 Năm Căn 2003-2007 -194 149 284 Trạm 1.1.4.2. Đặc trưng chế độ thủy văn, thủy lực a. Mùa khô Trong mùa khô, chế độ thủy văn thủy lực bị chi phối chủ yếu bởi chế độ thủy triều biển Đông, đường mặt nước trung bình nằm gần với đường mặt nước bình quân đỉnh triều. b. Mùa mưa Vào mùa mưa, chế độ thủy văn thủy lực trong vùng chịu ảnh hưởng đồng thời của cả chế độ lũ ở phía Bắc và chế độ mưa trong vùng. Vào tháng VIII, mực nước trong các kênh rạch khu vực phía Bắc vùng bán đảo Cà Mau gia tăng nhanh bởi nước từ vùng Tứ giác Long Xuyên chuyển xuống và từ sông Hậu chuyển vào. Trong khi đó, ở phía biển Tây, do ảnh hưởng gió mùa Tây Nam nên xuất hiện lượng mưa lớn nhất trong năm từ 300÷350mm làm cho mực nước gia tăng nhanh. Nhiều nơi bị ngập từ 0,30÷0,40m, nơi